鎖扣式鋼管樁圍堰在復雜深水基礎(chǔ)中的應用

程 鵬 軍， 余 亮， 趙 雪 峰

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

印度尼西亞雅萬高鐵項目是該國第一條高速鐵路項目，其工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件不可用國內(nèi)常規(guī)標準進行簡單的套用與評定，因此，開展深水基礎(chǔ)復雜地質(zhì)條件下工程技術(shù)措施的研究十分必要，是安全、高質(zhì)量快速施工的先決條件。

DK655特大橋位于賈蒂蘆湖水庫下游南側(cè)，橋跨布置為4×32 m+2×24 m+4×32 m簡支梁跨越河流，其中6個橋墩位于水中，承臺尺寸為7.6 m×7.6 m，基礎(chǔ)輔助措施為雙壁鋼圍堰。

橋址區(qū)勘探深度范圍內(nèi)地層自上而下主要為：第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Qml)；第四系全新統(tǒng)沖積層(Qa)淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、細砂、中砂、粗砂、細圓礫土及粗圓礫土等；第三系中新統(tǒng) subang 組(Tms)泥巖；第三系中新統(tǒng) subang 組(Msc)泥巖。

橋址區(qū)屬熱帶雨林氣候，分為旱季與雨季。

11月至來年3月為雨季、西北季風期，多雨多云；4～10月為旱季、東南季風期，晴天多而雨量少。

項目部從2018年3月至2019年5月進行了河流日常水位監(jiān)測，日常水位高程為26.35 m左右，雨季最高水位為高程26.7 m左右。走訪調(diào)查得知：近30 a歷史最高水位高程為27.7 m左右。對此，技術(shù)人員開展了水深及水流速度、水流梯度調(diào)查以制定施工方案。

2 圍堰類型的選擇與對比分析

根據(jù)上述各種條件，技術(shù)人員對DK655特大橋水中墩施工圍堰類型的選擇進行了對比分析，DK655特大橋水中墩施工圍堰類型選擇對比分析表見表1。通過分析并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，在綜合施工安全、質(zhì)量及機械設(shè)備配套情況后，該橋28號、29號墩最終選擇采用鎖扣式鋼管樁圍堰[1]。

表1 DK655特大橋水中墩施工圍堰類型選擇對比分析表

3 鎖扣式鋼管樁結(jié)構(gòu)的設(shè)計

3.1 作業(yè)鋼平臺技術(shù)參數(shù)

在28號墩～29號墩之間設(shè)置作業(yè)鋼平臺，平臺尺寸為18 m×19.5 m。鉆孔平臺和棧橋平臺的設(shè)計和施工控制荷載為100 t。中心鋼平臺設(shè)計荷載為300 t，施工控制荷載為270 t。作業(yè)鋼平臺典型斷面圖見圖1。

圖1 作業(yè)鋼平臺典型斷面圖

3.2 鋼管樁圍堰設(shè)計參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2.1 鋼管樁圍堰主要設(shè)計參數(shù)

鎖扣鋼管樁圍堰采用Ф609 mm×8 mm的螺旋焊接鋼管、Ф164 mm×8 mm的螺旋焊接鋼管、I20熱軋工字鋼作為圍堰材料，材質(zhì)為Q235級，單根長度為12 m，并在管樁相連處進行鎖口處理；鎖口陰陽頭為TC形式[2]，采用Φ164 mm×8 mm的鋼管和I20工字鋼腹板沿長度方向切割一半與鋼管焊接的形式，28、29號墩2個墩采用鎖口鋼管樁圍堰施工。圍堰的設(shè)計參數(shù)見表2，鎖扣鋼管樁圍堰總體布置情況見圖2。

圖2 鎖口鋼管樁圍堰總體布置圖

表2 圍堰設(shè)計參數(shù)表

3.2.2 圍堰支撐的設(shè)計

基坑內(nèi)設(shè)置兩道支撐，每道支撐為兩根鋼管，鋼管中心間距為6 m，鋼管樁內(nèi)側(cè)設(shè)置雙拼HW400 mm×200 mm型鋼圍檁，轉(zhuǎn)角設(shè)置角撐，底部采用C30封底混凝土,厚1 m。為保證鋼管受力均勻，與鋼圍檁相接觸的鋼管四周需加焊加勁板，鋼圍檁與鋼管樁之間的連接采用牛腿形式[3]。每個墩內(nèi)支撐技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 內(nèi)支撐技術(shù)參數(shù)表

4 鎖扣式鋼管樁圍堰的施工工藝及方法

4.1 鎖扣式鋼管樁圍堰施工工藝

鎖扣式鋼管樁圍堰施工工藝流程圖見圖3[4]。

4.2 主要施工方法

4.2.1 鎖扣鋼管樁的加工制作

在定位胎具上將Ф609 mm×8 mm的管樁和Ф164 mm×8 mm鋼管或Ⅰ20型鋼焊接成整體，大小管樁之間的焊縫處預先電焊Ф6 mm盤條以利焊接。焊接時在胎具上將鋼管固定牢靠，采取對稱焊、分段退焊等措施盡量減少焊接變形。將Ф164 mm×8 mm管樁沿徑向采用自動切割機切縫，開口縫寬4 mm±1 mm，要求縫隙均勻順直并打磨平整。

4.2.2 鎖扣鋼管樁插打

鎖扣鋼管樁采用80 t履帶吊插樁，配置DZ120液壓振動錘將其貫入至河床設(shè)計標高。管樁從上游圍堰順橋向中心處開始，然后依次向兩邊進行，最后在下游角樁附近合攏。

打樁過程采用兩臺經(jīng)緯儀控制垂直度，配合臨時焊接鋼管樁卡板阻止鋼管位移。打樁質(zhì)量以貫入度控制為主、標高控制為輔，貫入度控制標準為小于30 mm/90 s停止。鎖扣鋼管樁插打情況見圖4。

圖4 鎖扣鋼管樁插打情況

4.2.3 圍堰內(nèi)的水平支撐焊接

圍檁在吊裝前首先在安裝位置下方焊接承受圍檁自重的臨時短型鋼牛腿，然后吊圍檁型鋼就位。按照設(shè)計要求安裝鋼管樁支撐，對圍檁型鋼和支撐接頭位置用三角加勁板焊接，同時加強焊縫質(zhì)量的檢查，最終形成穩(wěn)定的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。對于鋼管樁內(nèi)側(cè)與圍檁型鋼之間存在的空隙采用鋼板、型鋼等材料填塞以保證受力傳導均勻。

4.2.4 鎖扣堵漏

鎖扣止水堵漏的方法采用直徑160 mm、與管樁等長的消防帶(其內(nèi)注入水泥漿)，將消防帶底部用鉛絲綁扎，用消防水袋包裹住Ф50 mm注漿管伸入母口底端進行注漿。漿液配比為：340 kg(膨潤土)∶220 kg(水泥)∶50 kg(膨脹劑)∶1 050 kg(水)，鎖口剩余間隙采用黏土+中粗砂混合物分層填塞密實，黏土∶中粗砂=1∶1。鎖扣堵漏情況見圖5。

圖5 鎖扣堵漏情況

4.2.5 混凝土封底施工

封底混凝土的作用：(1)通過封底混凝土將樁基鋼護筒、鋼管樁形成一個整體，依靠其自重、封底混凝土與鋼護筒、鋼管樁的黏結(jié)力抵抗水浮力；(2)在封底混凝土達到設(shè)計強度、圍堰內(nèi)抽水后，封底混凝土對鋼管樁下部形成有效支撐。

封底采用梯形斷面推進法，封底順序為由低至高、從周邊至中間逐個進行，直至封底全部完成。導管作用半徑取3 m，全部導管作用范圍覆蓋鋼管樁圍堰底部。

根據(jù)作業(yè)區(qū)繪圖及布置原則設(shè)置了7根導管，每根長11.5 m，同時現(xiàn)場備用一套導管。施工時，導管位置根據(jù)實際情況進行微調(diào)，須避開導管及內(nèi)支撐[5]。

封底導管采用Φ300 mm鋼管，導管頂部裝有一設(shè)法蘭盤的管節(jié)與儲料斗相接，儲料斗采用樁基施工時首盤沖灌的儲料斗。導管在使用前須進行水密試驗；導管安裝時，每個接頭須預緊檢查，下放固定時，導管下口懸空15～20 cm。導管布置按每根導管的作業(yè)半徑3 m考慮，將導管固定在平臺分配梁上。

準備工作就緒后，利用吊機“拔球”使混凝土瞬間通過導管壓向基底，在導管周圍堆成一平坦的混凝土圓錐體，然后吊運混凝土漏斗通過導管源源不斷地灌入錐體內(nèi)、混凝土在水下攤開和升高，將混凝土的頂面高度控制在設(shè)計標高下20 cm左右，待達到設(shè)計要求的混凝土強度后圍堰內(nèi)抽水后補澆20 cm厚的混凝土。

4.2.6 圍堰拆除

內(nèi)支撐拆除：內(nèi)支撐拆除前，應將支撐下部結(jié)構(gòu)物與圍堰之間的空隙用砂礫填充，然后由下至上逐級拆除內(nèi)支撐。

鋼管樁拔除：待堰內(nèi)支撐鋼管拆除完成后逐根拆除鋼管樁。鋼管樁的拔除順序與插打相反，由圍堰合龍位置開始拔樁。

5 實施效果評價

鎖扣式鋼管樁圍堰在實施過程中取得了良好的效果，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)安全方面。施工過程中，基坑圍堰頂水平位移最大累計變形量為5 mm，僅為控制標準50 mm的1/10；(2)質(zhì)量方面。樁基檢測合格率為100%，承臺及墩身施工質(zhì)量滿足驗收標準要求；(3)進度方面。水中基礎(chǔ)比原定施工計劃提前4個月完成；(4)經(jīng)濟效益方面。比原設(shè)計雙壁鋼圍堰基礎(chǔ)輔助措施節(jié)約400萬元。

6 結(jié) 語

雅萬高鐵項目鎖扣式鋼管樁的成功實踐充分證明鎖扣式鋼管樁圍堰是一種適合復雜地質(zhì)條件下安全經(jīng)濟快速施工的技術(shù)措施，該方法具有施工工藝簡單、快捷、安全質(zhì)量保障度高、施工成本低的優(yōu)勢，但對該結(jié)構(gòu)所能適應的最大水深和水流問題仍需進一步開展研究。